劉興良, 李 鵬

(西安航空學(xué)院 a.機(jī)械工程學(xué)院；b.國營紅慶機(jī)械廠，西安 710077)

0 引言

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，多數(shù)操作人員采用數(shù)控銑床加工工件時(shí)，使用計(jì)算機(jī)編程沒有考慮所需加工零件的共性特征，而是按照一個(gè)工件使用一個(gè)毛坯和一個(gè)坐標(biāo)系進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)及編程，設(shè)計(jì)加工工藝只考慮如何把一個(gè)零件加工合格，導(dǎo)致零件在加工過程中需要多次找正安裝和對刀操作，浪費(fèi)大量時(shí)間，同時(shí)多次安裝會影響零件加工的精度。工件材料為7050鋁合金的3種同類型零件圖如圖1所示，3個(gè)零件的厚度都是12 mm，都有大平面需要加工[1-6]，材料的機(jī)械加工性能好，抗拉強(qiáng)度為490 MPa，硬度為HB135，加工時(shí)采用高速切削，切削力和切削熱小，加工過程刀具和工件受力小，溫度低，刀具和工件不易變形，有利于保證加工質(zhì)量。根據(jù)零件圖紙的標(biāo)注尺寸與技術(shù)要求，零件精度要求不高，但表面粗糙度要求較高。由于加工表面有曲面、內(nèi)型腔與輪廓面，適合用數(shù)控機(jī)床加工。根據(jù)零件尺寸和數(shù)量，選擇450 mm×450 mm×(14±1) mm 7050鋁合金的板材加工，在機(jī)床加工行程和毛坯尺寸允許范圍內(nèi)，對零件加工位置進(jìn)行合理規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)一次裝夾加工多個(gè)零件的工藝設(shè)計(jì)，對提高零件的加工質(zhì)量和加工效率、節(jié)約毛坯材料的用量有重要意義。

圖1 工件材料為7050鋁合金的3種同類型零件圖

1 零件建模

通過UG12.0軟件，選擇“草圖”平面，創(chuàng)建任務(wù)草圖，針對尺寸有上下偏差限制要求，采用中值尺寸繪制草圖。完成草圖后，使用實(shí)體特征建模命令，如“拉伸”、“求和”、“求差”、“陣列”、“倒角”、“倒圓”、“基準(zhǔn)平面”、“抽殼”、“孔”等命令進(jìn)行實(shí)體建模，生成零件數(shù)字模型。

2 零件毛坯排料

加工前對每個(gè)零件進(jìn)行分析，根據(jù)圖1可知，3種零件都有一個(gè)大平面且厚度均為12 mm，可以將3種零件安排在一塊毛坯中進(jìn)行加工，毛坯厚度根據(jù)幾個(gè)零件中需要厚度最大的尺寸選擇，要考慮裝夾的方法、加工正反面的順序，設(shè)置一個(gè)工藝孔或做一個(gè)直角邊為基準(zhǔn)，確定正反面的位置關(guān)系。進(jìn)行排料時(shí)，為便于移動工件，需要使用電極設(shè)計(jì)模塊的包容塊功能，把零件放到包容塊中。使用包容塊功能前，選擇零件，放到正視位置，點(diǎn)擊“包容塊”命令按鈕，窗選零件，生成零件的包容塊。打開另一個(gè)數(shù)模文件，選擇零件后復(fù)制，再返回到前面的數(shù)模文件中，粘貼，出現(xiàn)粘貼特征對話框，按“確定”后復(fù)制的零件進(jìn)入最初的零件數(shù)模中，由于復(fù)制的零件坐標(biāo)系與最初零件坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸方向可能不同，導(dǎo)致粘貼后零件的空間位置與初始零件的位置可能不同，選復(fù)制進(jìn)去的零件，擺放正視位，創(chuàng)建包容塊，這時(shí)選擇加工模塊“菜單”下級的“編輯”，進(jìn)入“編輯”的下級菜單“移動對象”，出現(xiàn)移動對象對話框，在對話框中的運(yùn)動處選運(yùn)動方式“坐標(biāo)系到坐標(biāo)系”，選擇移動對象時(shí)選擇包容塊和工件共兩個(gè)對象，在移動的包容塊上選“指定起始坐標(biāo)系”，在包容塊上選原點(diǎn)，注意查看ZC軸方向，使其與工件加工面垂直，確定移動件的原點(diǎn)和ZC軸方向后，按確定按鈕。接著選“指定目標(biāo)坐標(biāo)系”，在原始標(biāo)準(zhǔn)包容塊上選定移到原點(diǎn)，出現(xiàn)新坐標(biāo)系，注意當(dāng)ZC軸相同時(shí)，選擇“確定”，新包容塊和工件就會移動到原來的坐標(biāo)系中。移動位置不對時(shí)，在移動對象的運(yùn)動方式中選擇“距離”或“角度”等，把包容塊和工件都放到同一底面的高度處。在擺放工件位置時(shí)要考慮毛坯的形狀和尺寸，還要考慮最后切割工件時(shí)選用刀具的直徑尺寸，兩個(gè)零件相鄰邊間隔尺寸最少是切割時(shí)刀具的直徑尺寸。毛坯上加工位排列好后，可以刪除包容塊。使用上述介紹的方法，對圖1中的3種四個(gè)工件(最后零件的數(shù)量是2)毛坯排料，加工工件毛坯排料如圖2。

圖2 加工工件毛坯排料

3 加工設(shè)計(jì)

3.1 正面加工

零件加工之前，首先要保證毛坯所需的厚度要求、表面粗糙度要求、平面度與平行度要求，再進(jìn)行工件的內(nèi)部加工。工件內(nèi)部有斜面、型腔、孔、凸臺，可以每個(gè)零件單獨(dú)設(shè)計(jì)加工程序，也可以把多個(gè)零件相同的加工內(nèi)容設(shè)置為一個(gè)加工程序。使用d12r0立銑刀設(shè)置的3個(gè)工件上斜面加工工序和型腔加工的粗加工刀路，如圖3所示；再選擇其他刀具，如d6r2圓鼻刀，設(shè)置曲面精加工刀路，如圖4所示；使用d10r0立銑刀精加工內(nèi)腔底面刀路，如圖5所示。為滿足表面粗糙度Ra3.2的要求，精加工時(shí)使用鎢鈷類硬質(zhì)合金YG6X立銑刀，切削速度取250 m/min，進(jìn)給速度2000 mm/min，切削深度0.5 mm。精加工斜面時(shí)使用d6r2的圓鼻刀，行距取0.15 mm就可以達(dá)到Ra3.2的要求。工件中所涉及的孔應(yīng)該先加工，此面加工完需要翻面，翻面之后，孔是通孔，需要鉆透，裝夾很復(fù)雜，孔加工如圖6所示。工件加工深度從加工到完成，應(yīng)留下0.5 mm的厚度，即相鄰兩個(gè)表面切割時(shí)毛坯所留的連接筋厚度尺寸。毛坯平板在機(jī)床工作臺面上安裝好，加工開始前先要用立銑刀加工一個(gè)直邊，作為工件翻面后找正安裝的基準(zhǔn)邊。第一個(gè)面加工開始前，工件原點(diǎn)可以設(shè)置在毛坯的任何位置，只需保證零件都在毛坯上。如圖3所示，編程原點(diǎn)設(shè)在毛坯左中部位，并不在任何工件上。

圖3 斜面加工工序和型腔加工的粗加工刀路

圖4曲面精加工刀路

圖5 精加工內(nèi)腔底面刀路

圖6 孔加工

3.2 反面加工

在正面的加工內(nèi)容加工完成，松開零件前，在毛坯上不影響零件加工的位置加工一個(gè)工藝孔，作為零件翻面后的加工原點(diǎn)，如圖2所示的基準(zhǔn)孔就是加工的新原點(diǎn)。通常先在機(jī)床上加工工藝孔，加工時(shí)要保證孔位在銑床工作臺的T型槽處，保證刀具落在T型槽中，不碰到工作臺，記下此位置在原工件坐標(biāo)系的坐標(biāo)值。再在軟件原工件坐標(biāo)系位置處創(chuàng)建與加工孔尺寸相同的實(shí)體。工件翻面時(shí)根據(jù)左右翻面或前后翻面，注意坐標(biāo)軸的方向發(fā)生變化，翻面后夾緊前要用百分表找正前面加工的直邊，保證零件在工作臺面上正確放置。夾緊工件后在主軸上安裝端面式杠桿百分表，盤孔，找正孔中心，當(dāng)主軸旋轉(zhuǎn)百分表指針壓著孔表面一圈表針不擺動時(shí)，可以認(rèn)為主軸中心與孔中心同軸，記下當(dāng)前位置X和Y的機(jī)械坐標(biāo)值，輸入到翻面后的工件坐標(biāo)系設(shè)定指令下的X和Y處。Z向?qū)Φ稌r(shí)要看軟件編程坐標(biāo)系中ZM軸的原點(diǎn)在工件上表面還是下表面，如果在工件下表面，實(shí)際機(jī)床對刀時(shí)在工作臺表面或工件下表面，若在工件上表面，對刀時(shí)在工件上表面。翻面加工新原點(diǎn)與生成的刀路軌跡如圖7所示。在零件翻面后加工內(nèi)容加工完，使用平面輪廓銑的工序?qū)崿F(xiàn)銑輪廓加工，加工深度底部保留0.5 mm的連接筋板，切斷刀路軌跡如圖8所示。所有零件輪廓銑加工完成，卸下工件，在鉗工臺上分割零件，去毛刺。零件加工結(jié)果如圖9所示，經(jīng)測量達(dá)到尺寸精度與表面精度要求。

圖9零件加工結(jié)果

4 結(jié)論

文中所述方法，加工基準(zhǔn)是編程原點(diǎn)，編程原點(diǎn)不在工件上時(shí)，同樣保證了加工精度。在數(shù)控加工中有很多零件和配合件都采用上述方法進(jìn)行加工，設(shè)置安裝基準(zhǔn)，在多件加工完成后，再切削去掉安裝基準(zhǔn)。這一方法保證了加工精度，同時(shí)節(jié)約了輔助時(shí)間，提高了生成效率，特別適合不便于裝夾的零件加工。